Изогнутый углерод для электроники будущего

Новое научное открытие может оказать глубокое влияние на наноэлектронные компоненты. Исследователи из Института Нильса Бора и Университета Копенгагена в сотрудничестве с японскими коллегами показали, как электроны на тонких трубках графита обнаруживают уникальное взаимодействие между своим движением и спином. Исследование прокладывает путь для беспрецедентного управления спинами электронов и может иметь большое влияние на приложения в области спинтроники.

Углерод - удивительно многогранный элемент. Он является базовым строительным блоком в живых организмах, одним из наиболее прекрасных и самым твердым материалом в форме алмазов и служит стержнем в карандашах. Графит в форме атомного слоя, графена, обладает также большим потенциалом для использования в компонентах компьютеров будущего.

В плоском графитовом слое движение электронов не воздействует на их спины, и их ориентация является случайной. В результате графит не был очевидным кандидатом для использования в спинтронике. Однако, как объясняют Томас Санд Ясперсен (Thomas Sand Jespersen) и Каспер Грове-Расмуссен (Kasper Grove-Rasmussen) из Института Бора, результаты исследований показали, что если графитовый слой изогнуть в трубку диаметром несколько нанометров, спин индивидуальных электронов вдруг начинает сильно влиять на их движение. Если заставить электроны двигаться по простым окружностям вокруг нанотрубки, то в результате все спины повернутся по направлению нанотрубки.

Ранее предполагалось, что этот феномен имеет место только для единственного электрона на безукоризненной углеродной трубке, свободно парящей в вакууме, - ситуация, которую очень трудно реализовать. Полученные результаты показывают, что выравнивание ориентаций имеет место в общем случае с произвольным числом электронов на углеродных трубках с дефектами и примесями, которые всегда присутствуют в реальных компонентах.

Взаимодействие между движением и спином измерялось посредством пропускания тока через нанотрубку, при этом количеством электронов можно было управлять индивидуально. Было показано, что, выбирая количество электронов, силой взаимодействия можно управлять и даже полностью ее исключать. Это открывает целый ряд новых возможностей управления и использования спина.

В других материалах, например, в золоте, движение электронов также сильно взаимодействует с направлением спина, но поскольку движение не является равномерным, спином электронов управлять нельзя. Углерод отличается от других материалов уникальным свойством, которое может оказаться важным для будущей наноэлектроники.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365